Bulletin of the Korean Chemical Society

Korean Chemical Society (대한화학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Theoretical Study of the Lowest Energy Structure of the Water Undecamer

  • Lee, Han-Myoung (Center for Superfunctional Materials, Department of Chemistry, Pohang University ofScience and Technology)
  • Published : 2003.06.20
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Density functional calculations and ab initio calculations have been carried out to study the lowest energy structure of the water ($H_2O)_{11}$. Among five structures suggested by four different groups, the lowest energy structure is found to have the skeletal structure of Prism56 (Pr56-24) that a cyclic pentamer and a cyclic hexamer are fused into a prism-shape with 16 hydrogen-bonds (HBs).

Keywords

References

  1. Pimental, G. C.; Sederholm, C. H. J. Chem. Phys. 1956, 24, 639. https://doi.org/10.1063/1.1742588
  2. Fredin, L.; Nelander, B.; Ribbegard, G. J. Chem. Phys.1977, 66, 4056.
  3. Page, R. H.; Frey, J. G.; Shen, Y.-P.; Lee, Y. T. Chem. Phys. Lett. 1984, 106, 373. https://doi.org/10.1016/0009-2614(84)85320-8
  4. Coker, D. F.; Miller, R. E.; Watts, R. O. J. Chem. Phys. 1985, 82, 3554. https://doi.org/10.1063/1.448935
  5. Dyke, T. R.; Muenter, J. S. J. Chem. Phys. 1972, 57, 5011. https://doi.org/10.1063/1.1678174
  6. Curtiss, L. A.; Frurips, D. L.; Blander, M. Chem. Phys. Lett. 1978, 54, 575. https://doi.org/10.1016/0009-2614(78)85290-7
  7. Pugliano, N.; Saykally, R. J. Science 1992, 257, 1937. https://doi.org/10.1126/science.1411509
  8. Liu, K.; Brown, M. G.; Carter, C.; Saykally, R. J.; Gregory, J.K.; Clary, D. C. Nature 1996, 381, 501. https://doi.org/10.1038/381501a0
  9. Pribble, R. N.; Zwier, T. S. Science 1994, 265, 75. https://doi.org/10.1126/science.265.5168.75
  10. Gruenloh, C. J.; Carney, J. R.; Hagemeister, F. C.; Arrington, C. A.; Zwier, T. S. J. Chem. Phys. 1998, 109, 6601. https://doi.org/10.1063/1.477346
  11. Huisken, F.; Kaloudis, M.; Kulcke, A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 17. https://doi.org/10.1063/1.470871
  12. Buck, U.; Ettischer, I.; Melzer, M.; Buch, V.; Sadlej, J. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 2578. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.80.2578
  13. Buck, U.; Huisken, F. Chem. Rev. 2000, 100, 3863. https://doi.org/10.1021/cr990054v
  14. Nauta, K.; Miller, R. E. Science 2000, 287, 293. https://doi.org/10.1126/science.287.5451.293
  15. Morokuma, K.; Pederson, L. J. Chem. Phys. 1968, 48, 3275. https://doi.org/10.1063/1.1669604
  16. Kollman, P. A.; Allen, L. C. J. Chem. Phys. 1969, 51, 3286. https://doi.org/10.1063/1.1672509
  17. Del Bene, J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1969, 4, 426 https://doi.org/10.1063/1.1749874
  18. Del Bene, J.; Pople, J. A., J. Chem. Phys. 1970, 52, 4858. https://doi.org/10.1063/1.1673723
  19. Kim, K. S.; Dupuis, M.; Lie, G. C.; Clementi, E. Chem. Phys. Lett. 1986, 131, 451. https://doi.org/10.1016/0009-2614(86)80564-4
  20. Kim, J.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1998, 109, 5886. https://doi.org/10.1063/1.477211
  21. Kim, J.; Majumdar, D.; Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1999,110, 9128. https://doi.org/10.1063/1.478834
  22. Lee, H. M.; Suh, S. B.; Lee, J. Y.; Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J.Chem. Phys. 2000, 112, 9759 https://doi.org/10.1063/1.481613
  23. Lee, H. M.; Suh, S. B.; Lee, J. Y.; Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J.Chem. Phys. 2001, 114, 3343. https://doi.org/10.1063/1.1343077
  24. Lee, H. M.; Suh, S. B.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2001, 114, 10749 https://doi.org/10.1063/1.1374926
  25. Lee, H. M.; Suh, S. B.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2001, 115, 7331. https://doi.org/10.1063/1.1406534
  26. Mhin, B. J.; Kim, H. S.; Kim, H. S.; Yoon, J. W.; Kim, K. S.Chem. Phys. Lett. 1991, 176, 41. https://doi.org/10.1016/0009-2614(91)90007-V
  27. Kim, K. S.; Mhin, B. J.; Choi,U.-S.; Lee, K. J. Chem. Phys. 1992, 97, 6649. https://doi.org/10.1063/1.463669
  28. Mhin, B. J.; Lee, S. J.; Kim, K. S. Phys. Rev. A 1993, 48, 3764. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.48.3764
  29. Mhin, B. J.; Kim, J.; Lee, S.; Lee, J. Y.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 4484. https://doi.org/10.1063/1.466279
  30. Kim, J.; Mhin, B. J.; Lee, S. J.; Kim, K. S. Chem. Phys. Lett. 1994, 219, 243. https://doi.org/10.1016/0009-2614(94)87052-7
  31. Kim, J.; Lee, J. Y.; Lee, S.; Mhin, B. J.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1995, 102, 310. https://doi.org/10.1063/1.469404
  32. Graf, S.; Mohr, W.; Leutwyler, S. J. Chem. Phys. 1999, 110, 7893. https://doi.org/10.1063/1.478695
  33. Kryachko, E. S. Chem. Phys. Lett. 1997, 272, 132. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(97)00452-1
  34. Franken, K. A.; Jalaie, M.; Dykstra, C. E. Chem. Phys. Lett. 1992,198, 59. https://doi.org/10.1016/0009-2614(92)90049-S
  35. Fowler, J. E.; Schaefer III, H. F. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117,446. https://doi.org/10.1021/ja00106a051
  36. Klopper, W.; Lüthi, H. P. Mol. Phys. 1999, 96, 559. https://doi.org/10.1080/00268979909482993
  37. Niesse, J. A.; Mayne, H. R. J. Comp. Chem. 1997, 18, 1233. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(19970715)18:9<1233::AID-JCC11>3.0.CO;2-6
  38. Wales, D. J.; Hodges, M. P. Chem. Phys. Lett. 1998, 286, 65. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(98)00065-7
  39. Sadlej, J. Chem. Phys. Lett. 2001, 333, 485. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(00)01397-X
  40. Sobolewski, A. L.; Domcke, W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 1130. https://doi.org/10.1039/b211893a
  41. Feller, D.; Glendening, E. D.; Kendall, R. A.; Peterson, K. A. J. Chem. Phys. 1994, 100, 4981. https://doi.org/10.1063/1.467217
  42. Glendening, E. D.; Feller, D. J. Phys. Chem. 1995, 99, 3060. https://doi.org/10.1021/j100010a015
  43. Feller, D.; Glendening, E. D.; Woon, D. E. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3526. https://doi.org/10.1063/1.470237
  44. Feller, D. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 2723. https://doi.org/10.1021/jp9700185
  45. Kim, J.; Lee, S.; Cho, S. J.; Mhin, B. J.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1995, 102, 839. https://doi.org/10.1063/1.469199
  46. Lee, S.; Kim, J.; Park, J. K.; Kim, K. S. J. Phys. Chem. 1996, 100, 14329. https://doi.org/10.1021/jp960714p
  47. Lee, H. M.; Kim, J.; Lee, S.; Mhin, B. J.; Kim., K. S. J. Chem. Phys. 1999, 111, 3995. https://doi.org/10.1063/1.479702
  48. Robertson, W. H.; Diken, E. G.; Price, E. A.; Shin, J.-W.; Johnson, M. A. Science 2003, 299, 1367. https://doi.org/10.1126/science.1080695
  49. Baik, J.; Kim, J.; Majumdar, D.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1999, 110, 9116. https://doi.org/10.1063/1.478833
  50. Majumdar, D.; Kim, J.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 112, 101. https://doi.org/10.1063/1.480565
  51. Kim, J.; Lee, H. M.; Suh, S. B.; Majumdar, D.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5259. https://doi.org/10.1063/1.1290016
  52. Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2001, 114, 4461. https://doi.org/10.1063/1.1345511
  53. Lee, H. M.; Kim, D.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 5509. https://doi.org/10.1063/1.1453960
  54. Lee, H. M.; Kim, K. S. Mol. Phys. 2002, 100, 875. https://doi.org/10.1080/00268970110099594
  55. Ayotte, P.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 811. https://doi.org/10.1063/1.473167
  56. Kim, J.; Becker, I.; Cheshnovsky, O.; Johnson, M. A. Chem. Phys. Lett. 1998, 297, 90. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(98)01109-9
  57. Weber, J. M.; Kim, J.; Woronowicz, E. A.; Weddle, G. H.; Becker, I.;Cheshnovsky, O.; Johnson, M. A. Chem. Phys. Lett. 2001, 339, 337. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(01)00295-0
  58. Ayotte, P.; Weddle, G. H.; Bailey, C. G.; Johnson, M. A.; Vila, F.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 1999, 110, 6268. https://doi.org/10.1063/1.478531
  59. Bailey, C. G.; Kim, J.; Johnson, M. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 16782. https://doi.org/10.1021/jp962268b
  60. Ayotte, P.; Bailey, C. G.; Kim, J.; Johnson, M. A. J. Chem. Phys.1998, 108, 444. https://doi.org/10.1063/1.475406
  61. Kim, J.; Park, J. M.; Oh, K. S.; Lee, J. Y.; Lee,S.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1997, 106, 10207. https://doi.org/10.1063/1.474106
  62. Kim, J.; Lee, J. Y.; Oh, K. S.; Park, J. M.; Lee, S.; Kim, K. S. Phys. Rev. A 1999, 59, R930. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.59.R930
  63. Kim, J.; Suh, S. B.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1999, 111, 10077. https://doi.org/10.1063/1.480326
  64. Lee, H. M.; Suh, S. B.; Kim, K. S. Bull. KoreanChem. Soc. 2000, 21, 555.
  65. Suh, S. B.; Lee, H. M.; Kim, J.; Lee, J. Y.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5273. https://doi.org/10.1063/1.1290018
  66. Park, I.; Cho, K.; Lee, S.; Kim, K. S.; Joannopoulos, J. D. Comput.Materials Sci. 2001, 21, 291. https://doi.org/10.1016/S0927-0256(01)00152-5
  67. Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2002, 117, 706. https://doi.org/10.1063/1.1483855
  68. Lehr, L.; Zanni, M. T.; Frischkorn, C.;Weinkauf, R.; Neumark, D. M. Science 1999, 284, 635. https://doi.org/10.1126/science.284.5414.635
  69. Kim, K. S.; Lee, J. Y.; Choi, H. S.; Kim, J.; Jang, J. H. Chem. Phys. Lett. 1997, 265, 497. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(96)01473-X
  70. Tarakeshwar, P.; Kim, K. S.; Brutschy, B. J. Chem. Phys. 2001, 114, 1295. https://doi.org/10.1063/1.1332991
  71. Manojkumar, T. K.; Choi, H. S.; Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8681. https://doi.org/10.1063/1.1566741
  72. Kim, K. S.; Lee, J. Y.; Lee, S. J.; Ha, T.-K.; Kim, D.H. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 7399. https://doi.org/10.1021/ja00095a050
  73. Oh, K. S.; Lee, C.-W.; Choi, H. S.; Lee, S. J.; Kim, K. S. Org. Lett. 2000, 2, 2679. https://doi.org/10.1021/ol000159g
  74. Ihm, H.; Yun, S.; Kim, H. G.; Kim, J. K.; Kim, K. S. Org. Lett.2002, 4, 2897. https://doi.org/10.1021/ol026373h
  75. Yun, S.; Kim, Y.-O.; Kim, D.; Kim, H. G.; lhm, H.; Kim, J. K.; Lee, C.-W.; Lee, W. J.; Yoon, J.; Oh, K. S.; Yoon, J.; Park, S.-M.; Kim, K. S. Org. Lett. 2003, 5, 471. https://doi.org/10.1021/ol0273203
  76. Yun, S.; Ihm, H.; Kim, H. G.; Lee, C.-W.; Banyopadhyay, I.; Oh, K. S.;Gong, Y. J.; Lee, J. W.; Yoon, J.; Lee, H. C.; Kim, K. S. J. Org. Chem. 2003, 68, 2467. https://doi.org/10.1021/jo0263519
  77. Scheiner, S. Hydrogen Bonding; Oxford University Press: 1997.
  78. Kim, K. S.; Tarakeshwar, P.; Lee, J. Y. Chem. Rev. 2000, 100, 4145. https://doi.org/10.1021/cr990051i
  79. Tarakeshwar, P.; Lee, H. M.; Kim, K. S. In Reviews of Modern Quantum Chemistry; Sen, K. D., Ed.; World Scientific: Singapore, 2002; pp 1642-1683.
  80. Kim, K. S.; Suh, S. B.; Kim, J. C.; Hong, B. H.; Lee, E. C.; Yun, S.; Tarakeshwar, P.; Lee, J. Y.; Kim, Y.; Ihm, H.; Kim, H. G.; Lee, J. W.; Kim, J. K.; Lee, H. M.; Kim, D.; Cui, C.; Youn, S. J.; Chung, H. Y.; Choi, H. S.; Lee, C.-W.; Cho, S. J.; Jeong, S.; Cho, J.-H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124,14268. https://doi.org/10.1021/ja0259786
  81. Hong, B. H.; Lee, J. Y.; Lee, C.-W.; Kim, J. C.; Bae, S.C.; Kim, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10748. https://doi.org/10.1021/ja016526g
  82. Hong, B. H.; Bae, S. C.; Lee, C.-W.; Jeong, S.; Kim, K. S. Science 2001,294, 348. https://doi.org/10.1126/science.1062126
  83. Kim, K. S.; Oh, K. S.; Lee, J. Y. Proc. Natl. Acad.Sci. USA 2000, 97, 6373. https://doi.org/10.1073/pnas.97.12.6373
  84. Oh, K. S.; Cha, S.-S.; Kim, D.-H.; Cho, H.-S.; Ha, N.-C.; Choi, G.; Lee, J. Y.; Tarakeshwar, P.; Son, H. S.; Choi, K. Y.; Oh, B.-H.; Kim, K. S. Biochemistry 2000, 39, 13891. https://doi.org/10.1021/bi001629h
  85. Kim, K. S.; Kim, D.; Lee, J. Y.; Tarakeshwar, P.; Oh, K.S. Biochemistry 2002, 41, 5300. https://doi.org/10.1021/bi0255118
  86. Tarakeshwar, P.; Kim, K. S. J. Mol. Struct. 2002, 615, 227. https://doi.org/10.1016/S0022-2860(02)00221-1
  87. Tarakeshwar, P.; Choi, H. S.; Kim, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3323. https://doi.org/10.1021/ja0013531
  88. Lin, J.; Frey, P. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 11258. https://doi.org/10.1021/ja003060d
  89. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Gill, P. M. W.;Johnson, B. G.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Keith, T. A.;Petersson, G. A.; Montgomery, J. A.; Raghavachari, K.; Al-Laham, M. A.; Zakrzewski, V. G.; Ortz, J. V.; Forseman, J. B.;Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Nanayakkara, A.; Challacombe,M.; Peng, C. Y.; Ayala, P. Y.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J.L.; Replogle, E. S.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.;Binkely, J. S.; Defrees, D. J.; Baker, J.; Stewart, J. P.; Head-Gordon, M.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 94, Rev. A;Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 1995.

Cited by

  1. Physical Chemistry Research Articles Published in the Bulletin of the Korean Chemical Society: 2003-2007 vol.29, pp.2, 2008, https://doi.org/10.5012/bkcs.2008.29.2.450